平成 19 年度電気関係学会北陸支部連合大会
電圧外乱オブザーバを用いた誘導機駆動システムの
A-76
加減速性能の改善
星野
哲馬（長岡技術科学大学）・伊東
淳一（長岡技術科学大学）
1. は じ め に
Inverter
Motor
V
現在，インバータはさまざまな分野に適用され広く普及し
ている。インバータのデッドタイム誤差は制御性能を大幅な
劣化をもたらすため，種々の補償方式が提案されている(1)。
筆者らは速度の異なる 2 つの外乱オブザーバによるデッ
ドタイム誤差電圧補償法を提案し，V/f 制御に適用して良好
な結果を得ている(2)。本論文では外乱オブザーバの動作を最
適化し，全速度域で良好な波形を得られたので報告する。
V1q*
+
−
V1q**
+
m 2d+
+
∆Vˆ
1
1+sTf
+
C
1
I1q
C
1+sTf
+
+
回転座標変換の d 軸方向が二次磁束の方向と一致してい
ると仮定すれば，q 軸の二次磁束φ2q がゼロとなり q 軸の一次
電圧 v1q は(1)式で計算できる。
v1q = (R1 + R2 + pLσ )i1q − ω1 Lσ i1d + ω meφ 2 d
(1)
I1d
1
RC+sL C
+
Fast disturbance observer
+ −
R +sL
1
1+sTs
2. 誤 差 電 圧 と 逆 起 電 力 の 推 定
1L
V1q
−
−
RC+sL C
1+sTs
VˆEMFSlow disturbance
observer
Kslow
1
1[rad/sec]
0
disable
Kslow
enable
図 1 並列の外乱オブザーバを用いた
デッドタイム誤差補償システム
Fig. 1. A dead-time error correction system
with parallel-connected disturbance observers.
ただし v1q：q 軸一次電圧，i1q：q 軸一次電流， φ2d：二次磁束，
i1d：d 軸一次電流，R1：一次抵抗，R2：二次抵抗，
Lσ ：漏れインダクタンス，p：微分演算子， ω1 ：一次周波数，
ωme：モータ速度の電気角周波数を表す。
図 1 に提案する外乱オブザーバの構成を示す。提案法では
一次電圧 v1q を(1)式の逆関数を用いて推定する。低速領域で
は R1+R2>>ω1Lσであるから干渉項と逆起電力の影響は無視
でき，外乱オブザーバによるインバータの電圧誤差推定値
∆Vˆ は(2)式で推定できる。
∆Vˆ ( s ) =
1
V1**
q ( s ) − (R1C + R2 C + sLσC )i1q ( s )
1 + sT
{
}
(2)
(a)Without proposed method
(b)With proposed method
ただし，サフィックスの C は制御装置の設定値，
s はラプラス演算子を表す。
中高速領域では誤差補償電圧に干渉項と逆起電力項が現
れる。そこで提案法では逆起電力の周波数特性に注目して逆
起電力を遅い外乱オブザーバで推定し補償を行う。とくに，
逆起電力が誤差電圧の 2 倍を超える領域では過励磁が顕著
となるため補償が必須である。(3)式に簡易的に逆起電力を一
次周波数から求めたときの補償開始周波数ωenable を示す。
ω1enable = 2ωn ∆V Vn
(3)
(c)Characteristics against acceleration and braking
ただし， ωn：定格周波数，Vn：定格電圧，
∆V：平均誤差電圧を表す。
低速領域では誤差電圧の周波数が低下し，逆起電力の周波
数に接近する。結果，遅い外乱オブザーバが逆起電力の補償
に失敗する。ここで，逆起電力が平均誤差電圧を下回る領域
で外乱オブザーバの補償ゲインをゼロとし，逆起電力の補償
を停止する。補償停止周波数ωdisable は(3)式と同様に求め，(4)
式より設定する。
ω1disable = ωn ∆V Vn
(4)
補償ゲインが変化するωenable とωdisable の間は線形補完を行
い連続して変化させる。
3. 実 験 結 果
図 2(a),(b)は提案法と従来法（電流符号に誤差電圧をフィ
ードフォワード補償する方法）を併用し，無負荷，1Hz で駆
動したときの電流波形である。ここでは 200V, 750W 汎用誘
導電動機を用いて試験を行った。モータ電流の THD は従来
方式の 8.91%に対し提案法は 0.98%と，7.93 ポイント改善し
図 2 実験結果
Fig. 2. Experimental results.
良好な補償結果が得られた。
図 2(c)は定格一次周波数までの加減速試験を行った結果
である。提案法を適用することにより十分な加減速トルクが
発生し，目標に近い到達時間で加減速が行える。
4.ま と め
本論文では，誘導機駆動システムに外乱オブザーバによる
デッドタイム誤差補償を適用し，加減速性能の改善を実験に
より確認した。なお，本研究は平成 17 年度産業技術研究助
成事業の支援を受けており，関係各位に感謝の意を表します。
(1)
(2)
参考文献
杉本英彦・小山正人・玉井伸三 : ｢AC サーボシステムの理論
と設計の実際｣，総合電子出版社
星野哲馬・伊東淳一：
「外乱オブザーバによるデッドタイム誤
差補償を用いた誘導機駆動システムの中高速領域での運転」，
電気関係学会北陸支部連合大会，（2006.9）
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